本發(fā)明屬于安全環(huán)保顏料和染料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種安全環(huán)保型珠光砂及其制備方法。
背景技術(shù)：
珠光砂是一種由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖經(jīng)破碎、預(yù)熱、熔燒膨脹而成的具有多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)顆粒狀材料，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、不可燃、無毒、無味、吸音等特性，將其應(yīng)用于涂料中，如真石漆中，能夠使涂布該涂料的物體具有天然真實(shí)的珠光色澤，給人以高雅、和諧、莊重之美感，并能夠提高物體的耐化學(xué)腐蝕性能及防火阻燃性能，已廣泛應(yīng)用于汽車、日用品、建筑等諸多領(lǐng)域。
然而，正是由于珠光砂的應(yīng)用日益廣泛，天然珠光砂的開采量不斷增加，導(dǎo)致天然珠光砂資源日益枯竭。此外，隨著近年來霧霾越來越嚴(yán)重，一些珠光砂礦場逐漸被國家強(qiáng)制關(guān)停，導(dǎo)致珠光砂供貨緊張，質(zhì)量下降，限制了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種采用人工方法制備而成的安全環(huán)保型珠光砂及其制備方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種安全環(huán)保型珠光砂，該珠光砂包括以下組分及重量份含量：著色劑460-480份、石英砂20-40份，所述的著色劑包括以下組分及重量份含量：鈉水玻璃390-410份、鋰水玻璃45-55份、固化劑2-4份、偏硅酸鹽0.5-1.5份、濃硫酸0.5-1.5份、填料90-110份、珠光粉380-420份、成膜助劑45-55份及水40-50份。
本發(fā)明采用石英砂作為珠光砂的基本原料，通過珠光粉對(duì)石英砂著色，使石英砂的表面能夠呈現(xiàn)出柔和的珍珠光澤。石英砂是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，熔點(diǎn)1750℃，能夠耐高溫，可作為耐火材料。因此，石英砂與天然珠光砂在許多性能方面較為相似，采用石英砂制成的珠光砂，能夠在許多領(lǐng)域代替天然珠光砂，并獲得與天然珠光砂幾乎一致的效果。
用珠光粉對(duì)石英砂進(jìn)行著色，關(guān)鍵問題在于如何將珠光粉均勻地包裹在石英砂的表面，并使制得的珠光砂具有良好的顏色穩(wěn)定性，能夠持久散發(fā)出珍珠光澤。因此，通過選用合適的粘合劑，作為珠光粉與石英砂之間的橋梁，將珠光粉與石英砂結(jié)合在一起。
水玻璃的粘結(jié)力強(qiáng)，是建筑領(lǐng)域常用的一種粘合劑。水玻璃主要包括鋰水玻璃、鈉水玻璃及鉀水玻璃，其中，鋰水玻璃及鉀水玻璃的價(jià)格較高，而鈉水玻璃的耐水性較差。由于鋰離子半徑比鉀離子半徑小的多，因而鋰水玻璃的耐水性能優(yōu)于鉀水玻璃。另外，鋰水玻璃具有自干性，溶液水分蒸發(fā)后，能生成一種不溶于水的干膜，具有水不可逆性，而鉀水玻璃的自然固化過程非常緩慢且不完全，往往需要加鹽后才固化，在水分蒸發(fā)后，生成的膜容易再次被水溶解，呈水可逆性。因此，本發(fā)明選用價(jià)格便宜的鈉水玻璃作為主要粘合劑，并輔以適量的鋰水玻璃來提高粘合劑的耐水性。鈉水玻璃水解后會(huì)生成氫氧化鈉，研究表明，改善鈉水玻璃耐水性的關(guān)鍵在于Na+及-OH，通過在鈉水玻璃中加入鋰水玻璃，使得在成膜硬化時(shí)鋰水玻璃能吸附在聚硅酸的表面，并將內(nèi)層的Na+屏蔽起來，以減弱鈉水玻璃的吸濕性，提高其耐水性能；而成膜助劑能夠填充在水玻璃的-Si-O-Si-網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的間隙中，屏蔽殘存的-OH，減少涂膜對(duì)水的敏感程度，進(jìn)而使著色劑具有較好的耐水性能。
所述的固化劑為氟硅酸鈉。為了加速鈉水玻璃的固化，加入適當(dāng)?shù)姆杷徕c作為固化劑，其固化過程為：鈉水玻璃先水解生成氫氧化鈉和硅溶膠，而氟硅酸鈉水溶液呈弱酸性，中和了氫氧化鈉，使鈉水玻璃水解出更多的硅溶膠，硅溶膠之后進(jìn)行脫水縮合，生成二氧化硅，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料的固化。
所述的偏硅酸鹽為偏硅酸鈉。偏硅酸鹽能夠促進(jìn)成膜助劑與水玻璃的相互作用，保證成膜助劑充分填充在水玻璃的-Si-O-Si-網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的間隙中。
所述的濃硫酸中H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95-98％。由于鈉水玻璃在加入氟硅酸鈉后仍不能完全硬化，仍然會(huì)殘留少量的鈉水玻璃，使得固化后的材料不耐堿、不耐水。加入適量的濃硫酸能夠進(jìn)一步提高材料的耐水性。
所述的填料為滑石粉?；勰軌蛱岣咄磕さ臐櫥约柏S滿度。
所述的成膜助劑為市售的巴德富RS-3799。成膜助劑除了能夠減少涂膜對(duì)水的敏感程度，還能夠提高涂膜的韌性和抗沖擊性能。
所述的石英砂的目數(shù)為10-120目。珠光砂的橫斷面具有類似于珍珠的物理結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的折射率較低，而包裹在外層的金屬氧化物具有較高的折射率，且平行于物質(zhì)表面形成多層分布，入射光線會(huì)通過多重反射、干涉，呈現(xiàn)出珠光效果。因此，珠光砂的成色原理與傳統(tǒng)的光學(xué)吸收型顏料及光學(xué)反射型顏料不同，其效果也十分獨(dú)特。珠光砂的顆粒大小不同，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出的效果也有所區(qū)別。顆粒越大，閃爍效果越強(qiáng)，而對(duì)底色的遮蓋力越弱；顆粒越小，對(duì)底色的遮蓋力越強(qiáng)，光澤越柔和。在制備珠光砂的過程中，選用不同粒徑的石英砂，著色劑的用量也應(yīng)做相對(duì)調(diào)整。著色劑過多會(huì)導(dǎo)致砂粒結(jié)塊，無法分離；過少則無法將石英砂完全著色。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，當(dāng)選用10-20目的石英砂時(shí)，著色劑與石英砂的質(zhì)量比為460:40；當(dāng)選用20-40目的石英砂時(shí)，著色劑與石英砂的質(zhì)量比為465:35；當(dāng)選用40-80目的石英砂時(shí)，著色劑與石英砂的質(zhì)量比為470:30；當(dāng)選用80-120目的石英砂時(shí)，著色劑與石英砂的質(zhì)量比為480:20。
通過組分的選擇改變金屬氧化物的種類，或通過組分用量的改變調(diào)節(jié)金屬氧化物層的厚度，都會(huì)帶來珠光砂的色彩變化。研究表明，鈉水玻璃與鋰水玻璃的復(fù)配能夠使制備出的珠光砂產(chǎn)生優(yōu)美的珍珠光澤，且該珠光砂更具耐高溫、耐光照、耐酸堿、耐磨擦的特點(diǎn)。
一種安全環(huán)保型珠光砂的制備方法，該方法具體包括以下步驟：
(1)著色劑的制備：
(1-1)將鈉水玻璃、鋰水玻璃及固化劑混合后，攪拌均勻；
(1-2)分別加入偏硅酸鹽、濃硫酸、填料及珠光粉，并攪拌均勻；
(1-3)分別加入成膜助劑及水，并攪拌均勻，即制得所述的著色劑；
(2)珠光砂的制備：
將著色劑與石英砂混合后，攪拌均勻，之后依次經(jīng)干燥、篩分，即制得所述的安全環(huán)保型珠光砂。
步驟(1-1)中，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為400-500r/min，攪拌時(shí)間為8-12min；
步驟(1-2)中，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為1300-1700r/min，攪拌時(shí)間為8-12min；
步驟(1-3)中，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為300-800r/min，攪拌時(shí)間為5-15min；
步驟(2)中，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為400-700r/min，攪拌時(shí)間為15-25min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：
1)采用石英砂作為珠光砂的基本原料，通過珠光粉對(duì)石英砂著色，使石英砂的表面能夠呈現(xiàn)出柔和的珍珠光澤，且在許多性能方面具有與天然珠光砂相似的特點(diǎn)，能夠在許多領(lǐng)域代替天然珠光砂，并獲得與天然珠光砂幾乎一致的效果，有效緩解了天然珠光砂資源的緊缺對(duì)相關(guān)行業(yè)的限制；
2)將鈉水玻璃與鋰水玻璃復(fù)配，作為粘合劑的主要成分，不僅具有高粘結(jié)強(qiáng)度和超強(qiáng)的滲透性，能夠使珠光粉與石英砂充分均勻結(jié)合在一起，制備出具有柔和珍珠光澤的珠光砂，且兼具鈉水玻璃的低成本與鋰水玻璃的高耐水性，并通過鋰水玻璃與鈉水玻璃的相互作用，在一定程度上提高鈉水玻璃的耐水性，使最終制得的珠光砂兼具耐高溫、耐光照、耐酸堿、耐水、耐磨擦的特點(diǎn)，且環(huán)保無毒無害，廣泛適用于汽車、日用品、建筑等領(lǐng)域的涂料中；
3)通過組分用量的改變調(diào)整金屬氧化物層的厚度，進(jìn)而制備出各種色彩的珠光砂，且石英砂的粒徑也可以自由選擇，靈活性好；
4)制備條件溫和，避免了高溫工藝，節(jié)能減排，且由于沒有高溫對(duì)顏色的不利影響，使得各批次間的顏色均勻性及穩(wěn)定性得到保證。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1：
一種安全環(huán)保型珠光砂，該珠光砂包括以下組分及重量份含量：著色劑460份、石英砂40份，著色劑包括以下組分及重量份含量：鈉水玻璃390份、鋰水玻璃55份、固化劑2份、偏硅酸鹽1.5份、濃硫酸0.5份、填料110份、珠光粉380份、成膜助劑55份及水40份。
其中，固化劑為氟硅酸鈉；偏硅酸鹽為偏硅酸鈉；濃硫酸中H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97％；填料為滑石粉；成膜助劑為市售的巴德富RS-3799；石英砂的目數(shù)為10-20目。
該珠光砂的制備方法具體包括以下步驟：
(1)著色劑的制備：
(1-1)將鈉水玻璃、鋰水玻璃及固化劑混合后，在400r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌12min；
(1-2)分別加入偏硅酸鹽、濃硫酸、填料及珠光粉，并在1700r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌8min；
(1-3)分別加入成膜助劑及水，并在300r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌15min，即制得著色劑；
(2)珠光砂的制備：
將著色劑與石英砂混合后，在700r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌15min，之后依次經(jīng)干燥、篩分，即制得安全環(huán)保型珠光砂。
對(duì)制得的安全環(huán)保型珠光砂進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下表所示：
實(shí)施例2：
一種安全環(huán)保型珠光砂，該珠光砂包括以下組分及重量份含量：著色劑480份、石英砂20份，著色劑包括以下組分及重量份含量：鈉水玻璃410份、鋰水玻璃45份、固化劑4份、偏硅酸鹽0.5份、濃硫酸1.5份、填料90份、珠光粉420份、成膜助劑45份及水50份。
其中，固化劑為氟硅酸鈉；偏硅酸鹽為偏硅酸鈉；濃硫酸中H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％；填料為滑石粉；成膜助劑為市售的巴德富RS-3799；石英砂的目數(shù)為80-120目。
該珠光砂的制備方法具體包括以下步驟：
(1)著色劑的制備：
(1-1)將鈉水玻璃、鋰水玻璃及固化劑混合后，在500r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌8min；
(1-2)分別加入偏硅酸鹽、濃硫酸、填料及珠光粉，并在1300r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌12min；
(1-3)分別加入成膜助劑及水，并在800r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌5min，即制得著色劑；
(2)珠光砂的制備：
將著色劑與石英砂混合后，在400r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌25min，之后依次經(jīng)干燥、篩分，即制得安全環(huán)保型珠光砂。
實(shí)施例3：
一種安全環(huán)保型珠光砂，該珠光砂包括以下組分及重量份含量：著色劑470份、石英砂30份，著色劑包括以下組分及重量份含量：鈉水玻璃400份、鋰水玻璃50份、固化劑3份、偏硅酸鹽1份、濃硫酸1份、填料100份、珠光粉400份、成膜助劑50份及水45份。
其中，固化劑為氟硅酸鈉；偏硅酸鹽為偏硅酸鈉；濃硫酸中H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％；填料為滑石粉；成膜助劑為市售的巴德富RS-3799；石英砂的目數(shù)為40-80目。
該珠光砂的制備方法具體包括以下步驟：
(1)著色劑的制備：
(1-1)將鈉水玻璃、鋰水玻璃及固化劑混合后，在450r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌10min；
(1-2)分別加入偏硅酸鹽、濃硫酸、填料及珠光粉，并在1500r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌10min；
(1-3)分別加入成膜助劑及水，并在500r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌10min，即制得著色劑；
(2)珠光砂的制備：
將著色劑與石英砂混合后，在500r/min的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速下攪拌20min，之后依次經(jīng)干燥、篩分，即制得安全環(huán)保型珠光砂。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。